JP3481476B2 - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤおよびその製造方法 - Google Patents

ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤおよびその製造方法

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力也 高山
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鋼構造物の製造に使
用するガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、造船、橋梁、圧力容器などを初め
とする溶接鋼構造物の製造分野においては、軟鋼及び4
90N/mm2級高張力鋼、590N/mm2級高張力
鋼、低温用鋼用などのガスシールドアーク溶接用フラッ
クス入りワイヤ(以下、フラックス入りワイヤとい
う。)の使用量が増加している。特に、TiO2を主体
とするスラグ形成剤を含有したフラックス入りワイヤ
は、アーク安定性、スラグ剥離性、ビード形状などの溶
接作業性が優れているので、全姿勢溶接用や水平すみ肉
溶接用として市販フラックス入りワイヤの大部分を占め
る。
【0003】図1にそれら市販フラックス入りワイヤの
断面構造例を示すが、外皮部1に隙間がないシームレス
タイプ(図1(a)、(b))と外皮部1に隙間3があ
る巻き締めタイプ(図1(c)、(d))とに大別でき
る。
【0004】シームレスタイプのものは、製造過程で高
温度で行う脱水素処理ができ、保管中や使用中にもフラ
ックスの吸湿がないのでワイヤの水素量が低く、耐割れ
性や耐気孔性に優れている。また、ワイヤ表面に銅めっ
き処理を施すことができ、この銅めっきは溶接時の通電
性やチップの耐磨耗性に対しても有効に働くことが知ら
れている。
【0005】このような利点を持つシームレスタイプの
フラックス入りワイヤの製造方法としては、特公昭45
−30937号公報にある鋼管の端口からフラックスを
振動充填後、伸線して製造する方法(図1(a))と、
特公平4−72640号公報、特公平4−62838号
公報及び特開平5−31594号公報などに記載の、帯
鋼を管状体に成形する途中でフラックスを供給後、管状
体のエッジ部を溶接し、引き続き伸線を連続的に行い効
率よく製造する方法(図1(b))とがある。
【0006】後者は生産性が高く効率的な製造方法であ
るが、供給フラックス中に強磁性体の原料粉があるとエ
ッジ部にフラックスが磁着して溶接部に融合不良や溶接
時にスパッタが多く発生し、フラックス入りワイヤの製
造歩留まりが低下する。
【0007】溶接部の融合不良はその後の伸線加工で外
皮割れに発展し、また、断線が生じる。さらに、仕上が
りワイヤの溶接中にアーク不安定の原因となる。またエ
ッジの溶接時に発生したスパッタは管状体内にも落下し
フラックス中に混入するので、これが大粒になると伸線
加工で断線したり、仕上がりワイヤの溶接中にアークが
不安定になりスパッタが発生しやすくなる。
【0008】このため上記連続的な製造方法でフラック
ス中に強磁性体のNi粉やフェロニッケル粉を含有させ
た高張力鋼用や低温用鋼用のフラックス入りワイヤを製
造することは、実用化されていない。
【0009】なお、特公平2−37840号公報に下層
に強磁性体原料粉、上層に非磁性原料粉を供給する層状
充填方式を提案しているが、鉄粉と異なりNiは溶接金
属の強度及び衝撃靭性に顕著に影響するものであり、N
iの偏析防止の点から2種類のフラックスをその比率を
変えて供給することは好ましくない。
【0010】また、前記特公平4−62838号公報に
はNiの原料粉として非磁性のNi−20%Mgを用い
ることが記載されている。しかし、Ni−20%Mgは
強脱酸剤としても作用し、溶着金属の他の合金成分
(C、Si、Mn、Al、Tiなど)の歩留まりに対す
る影響が大きく強度や衝撃靭性が安定しにくいこと、M
gの脱酸生成物であるMgOが溶融スラグ成分中に増加
すると立向溶接や上向溶接でメタル垂れが起こりやすく
なることなどのマイナス面があり、使用に当たっては格
別の配慮が必要ある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
フラックス入りワイヤ製造時に融合不良やスパッタ発生
がなく生産性が良好で、仕上がりワイヤの溶接において
も溶接金属性能や溶接作業性の優れたガスシールドアー
ク溶接用フラックス入りワイヤおよびその製造方法を提
供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は前記二つの課
題、即ち強磁性体のNi粉やフェロニッケル粉の添加に
伴う製造時の生産性及び仕上がりワイヤの溶接性能を良
好にするという課題に対し、フラックス中に酸化ニッケ
ル粉を含有させることによって同時に解決したものであ
る。まず、Niの原料粉として酸化ニッケル粉をフラッ
クス中に含有させることにより生産性や溶接性能が良好
な高張力鋼用や低温用鋼用のフラックス入りワイヤを得
た。即ち、酸化ニッケルの反磁性という特性に着目して
検討した結果、エッジ部の溶接を行った場合でもエッジ
部へのフラックスの磁着がほとんど認められず、溶接部
の融合不良やスパッタの発生がなくり、断線が防止で
き、かつ仕上がりワイヤの溶接中のアーク不安定やスパ
ッタの異常発生も防止できることを見出し本発明を完成
した。
【0013】本発明の要旨とするところは、 (1) 鋼製外皮にフラックスを充填してなるガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおいて、Ti
2を主体とするフラックス中に酸化ニッケル粉を0.
5〜20重量%含有することを特徴とする。
【0014】(2) 帯鋼を管状体に成形する途中でフ
ラックスを供給し、管状体の両エッジを溶接し、フラッ
クスが充填された溶接管を縮経するガスシールドアーク
溶接用フラックス入りワイヤの製造方法において、前記
フラックスはTiO2を主体とし、該フラックス中に酸
化ニッケルを0.5〜20重量%含有したフラックスを
管状体に供給することを特徴とする。また、管状体に供
給するフラックスは透磁率(μ)が1.10以下であ
ることも特徴とする。にある。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明のガスシールドアーク溶接
用フラックス入りワイヤの製造方法について述べる。
【0016】本発明のフラックス入りワイヤの製造工程
の概略を図2に示す。図に示すように、帯鋼の供給装置
6から連続的に供給される帯鋼5を成形ローラ等を用い
る成形装置7で管状体8に成形する途中で、フラックス
供給装置9からTiO2を主体とするフラックス中に酸
化ニッケル粉を0.5〜20重量%含有するフラックス
2を管状体内に供給後、管状体のエッジ部を高周波溶
接、抵抗溶接などのシーム溶接装置10で溶接して、引
き続き伸線装置11で伸線が行われ、巻き取り装置12
に巻き取られる。この後脱水素処理を兼ねた軟化焼鈍、
銅めっき処理などが行われ、最終的に仕上がりワイヤ径
まで伸線されてフラックス入りワイヤとなる。
【0017】次いで、TiO2を主体とするフラックス
中に酸化ニッケル粉を0.5〜20重量%含有させる理
由について説明する。
【0018】酸化ニッケルは酸化物であるにも関わらず
溶接金属中には所定量のNiが歩留まり、高張力鋼や低
温用鋼用のフラックス入りワイヤとして十分な強度及び
衝撃靭性が得られる。さらに、フラックス中に酸化ニッ
ケル粉を0.5重量%以上含有させることによって、ア
ーク状態が非常に安定になり、溶接時のスパッタが小粒
で少なくなることや、水平すみ肉溶接に使用した場合の
ビード形状及び耐プライマ性が改善できることを見出し
た。これらの溶接作業性改善効果は、酸化ニッケルが酸
素供給源となり、アーク安定化作用及び溶融スラグの粘
性調整作用を行うことによるものと考えられる。
【0019】しかし、フラックス中に酸化ニッケル粉を
20重量%を超えて含有させると、溶接金属の酸素量が
増加し衝撃靭性が低下したり立向姿勢溶接でメタル垂れ
が起こりやすくなる。したがって、酸化ニッケル粉の含
有量を0.5〜20重量%の範囲としたが、2〜18%
とすることが好ましい。
【0020】本発明でいう酸化ニッケル粉とは、NiO
を主体とするNiの酸化物の粉末をいう。
【0021】なお、酸化ニッケル粉の粒径は212μm
以下であることが好ましく、このような細粒であれば仕
上がりワイヤ径が細径(2.0mm以下)であっても伸
線加工中に断線が発生しにくく、かつフラックス中に酸
化ニッケル粉の粒子が十分に分散してNiの偏析が防止
できる。
【0022】フラックスに含有させるその他の原料粉は
TiO2を主体とするスラグ形成剤(SiO2、Zr
2、Al23、MgO、MnO、CaO、CaF2など
のスラグ形成剤はその含有量とともに適宜選択可能)、
Na、K、Fなどのアーク安定剤、C、Si、Mn、A
l、Ti、Mg、Bなどの脱酸剤及び合金剤(実質的に
非磁性の鉄系合金粉を含む)などをフラックス入りワイ
ヤの用途に応じて含有させることができる。
【0023】これらの原料粉からなるフラックスの比透
磁率(μ)は1.10以下とすることが好適である。フ
ラックスの比透磁率(μ)が1.10を超えるとエッジ
部にフラックスの磁着が起こり生産性及び仕上がりワイ
ヤの溶接性能が損なわれるからである。
【0024】フラックス充填率は8〜20重量%の範囲
が好ましい。フラックス充填率が8重量%未満では目的
とする溶接性能や高溶着性が得られにくく、一方、20
重量%を超えると外皮部の肉厚が薄くなりすぎて細径化
が困難となる。
【0025】また、鋼製外皮はフラックス入りワイヤに
一般的に用いられている軟鋼材で良いが、合金成分を含
有したものでも良い。仕上がりワイヤの溶接時のシール
ドガスはCO2ガス、Ar−CO2混合ガスなどを用いる
ことができる。
【0026】
【実施例】以下に、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。
【0027】図2に示した製造工程により、表1に示し
た軟鋼製帯鋼を管状体に成形する途中で、フラックス
(水ガラスで造粒したフラックス)を供給した後、帯鋼
の合わせ目を高周波誘導加熱溶接して、引き続き圧延ロ
ール群によりワイヤ径3.2mmまで伸線した。その
後、銅めっきを処理を施した。以後、孔ダイス群により
伸線を行い、仕上がりワイヤ径1.2mmのフラックス
入りワイヤを試作した。高周波誘導加熱溶接は管状体を
外径21.7mm、入熱量140KVA、周波数520
KHZ、溶接速度30m/minで行った。また、加工
硬化の緩和及び脱水素のための中間焼鈍をワイヤ径3.
2mmで実施した。
【0028】
【表1】
【0029】表2に試作ワイヤ、表4及び表5に試作ワ
イヤの生産性と溶接性能の評価結果を示した。試作ワイ
ヤは試作ワイヤ記号W1〜W5が低温用鋼及び高張力鋼
用の全姿勢溶接用フラックス入りワイヤ、試作ワイヤ記
号W6〜W8が水平すみ肉溶接用フラックス入りワイヤ
である。
【0030】
【表2】
【0031】表3に仕上がりワイヤの溶接作業性試験方
法を示した。この試験で用いたT字すみ肉試験体を図3
に示した。図3に示すように、無機ジンクプライマ塗装
を施した鋼板をT字に組み立てすみ肉試験体とした。な
お、表4に示す溶着金属試験はJIS Z 3313に
準じて行い、溶接条件はいずれも270A−30V−3
0cm/min、チップ−母材間距離25mm、CO2
ガス流量25l/minである。
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】
【表5】
【0035】本発明例である試作ワイヤ記号W1(59
0N/mm2級高張力鋼全姿勢溶接用)、W2、W3
(低温用鋼全姿勢溶接用)及びW6(490N/mm2
級高張力鋼水平すみ肉用)、W7(590N/mm2
高張力鋼水平すみ肉用)は酸化ニッケル粉を適量含有さ
せたことにより、ワイヤ製造時の溶接に関わる問題が起
こらず、仕上がりワイヤの溶接作業性もアークが非常に
安定しスパッタも小粒で少ない。全姿勢用フラックス入
りワイヤのワイヤ記号W1、W2及びW3の溶着金属試
験結果も良好であった。
【0036】これに対し、試作ワイヤ記号W4(低温用
鋼全姿勢溶接用)、W5(低温用鋼全姿勢溶接用)及び
W8(490N/mm2級高張力鋼水平すみ肉用)は比
較例である。
【0037】試作ワイヤ記号W4はフラックス中に強磁
性体であるNi粉を含有し、フラックスの比透磁率
(μ)が1.10を超えているので、ワイヤ製造時にエ
ッジ部にフラックスの磁着が多く、また、スパッタの発
生が多く、伸線加工中の断線も多発した。なお、仕上が
りワイヤの溶接作業性はアーク状態が不安定になり、ス
パッタの発生が多かった。
【0038】試作ワイヤ記号W5はフラックス中に含有
させた酸化ニッケルの量が多すぎるために、立向溶接
(上進、下進)でメタル垂れが発生したので、溶着金属
試験は中止した。
【0039】試作ワイヤ記号W8は酸化ニッケル粉を全
く含有しないので、本発明例のワイヤ記号W6、W7に
比較して水平すみ肉ビードの止端部が不揃いで、母材と
のなじみ性が悪く、ピットも発生した。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フラックス入りワイヤ製造時に融合不良やスパッタ発生
がなく生産性が良好で、仕上がりワイヤの溶接において
も溶接金属性能や溶接作業性の優れたガスシールドアー
ク溶接用フラックス入りワイヤおよびその製造方法を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を含むフラックス入りワイヤの断面構造
例を示す図である。
【図2】本発明が関わるフラックス入りワイヤの製造工
程の概略を示す図である。
【図3】T字すみ肉試験体を示す図である。
【符号の説明】
1 鋼製外皮部 2 フラックス 3 隙間 4 シーム溶接部 5 帯鋼 6 帯鋼の送給装置 7 成形装置 8 成形段階の管状体 9 フラックス供給装置 10 シーム溶接装置 11 伸線装置 12 巻取り装置 13 ワイヤ 14 無機ジンクプライマ 15 Gap
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−129092(JP,A) 特開 平11−197883(JP,A) 特公 昭47−6883(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/362 - 35/368

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼製外皮にフラックスを充填してなるガ
    スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおい
    て、TiO2を主体とするフラックス中に酸化ニッケル
    粉を0.5〜20重量%含有することを特徴とするガス
    シールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
  2. 【請求項2】 帯鋼を管状体に成形する途中でフラック
    スを供給し、管状体の両エッジを溶接し、フラックスが
    充填された溶接管を縮経するガスシールドアーク溶接用
    フラックス入りワイヤの製造方法において、前記フラッ
    クスはTiO 2を主体とし、該フラックス中に酸化ニッ
    ケルを0.5〜20重量%含有したフラックスを管状体
    に供給することを特徴とするガスシールドアーク溶接用
    フラックス入りワイヤの製造方法。
  3. 【請求項3】 管状体に供給するフラックスは透磁率
    (μ)が1.10以下であることを特徴とする請求項2
    記載のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ
    の製造方法。
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